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Seismic isolation systems help mitigate earthquake damage

Seismic isolation is an excellent technology to help make structures more resistant to earthquakes by installing equipment to isolate a building from the ground and keep tremors from reaching the building. Seismic isolation systems reduce shaking by placing rubber, lead or other substances between structures and the ground, using them as a cushion to absorb tremors.

Buildings equipped with seismic isolation systems suffered minimal damage, even in the Tohoku region, during the Great East Japan Earthquake in March 2011.

One such building belongs to Starts Construction and Asset Management Co. (Starts CAM) in Sendai.

Starts CAM, a division of the Starts Group real estate and consulting conglomerate, completed construction of the eight-story residential building in March 2001. Its quake resistance was proven in the March 2011 quake.

The building sustained no damage and residents reported that not even a wine glass was broken.

“The landlord was an architect, so he was well aware of the benefit of seismic isolation systems,” said Shingo Chisaka, an executive officer in charge of structure design at Starts CAM. “Back then, Miyagi experienced a large earthquake about every 30 years.”

Since March 2011, building owners are increasingly aware of the necessity of quake resistance and the number of buildings with seismic isolation systems has steadily increased.

Starts CAM has received orders to construct 351 structures featuring seismic isolation systems in the 16 years through February that it has been building such structures. The company has received between 20 and 40 new orders every year since fiscal 2005, except for 2011 when it saw 49 new orders.

One drawback of seismic isolation systems is the high cost associated with them. Because of this, public buildings that are used by many people, such as schools, hospitals and government offices are typically fitted with the latest in seismic isolation technology.

However, Starts CAM is trying to lower the cost to make the technology affordable for ordinary residential buildings. For example, takayuka (high floor) seismic isolation methods are cheaper because they are installed at a higher level than regular seismic isolation systems, simplifying construction by reducing digging and foundation-laying work. The takayuka methods also enhace safety.

The company has also been able to gather detailed data after the March 2011 quake, thanks to its business portfolio covering everything from design, construction and operation of buildings.

For example, Starts CAM has seismometers in two buildings that are only 350 meters apart in Tokyo’s Edogawa Ward. One is a five-story building fitted with a seismic isolation system, while the nearby eight-story building has no such system.

The degree of shaking recorded at the building with seismic isolation system on March 11, 2011, was lower than that at the building without the system, according to Starts CAM’s data (see diagram at bottom left).

“These are very valuable data. We can check that the results are in line with the tremor-reducing effect we planned for when we designed the building,” said Tsutomu Nakanishi, who also oversees seismic isolation structure design at Starts CAM.

The company also installs seismic isolation systems in existing structures without requiring them to suspend operations. For example, it retrofit Honmyoin Temple in Tokyo’s Ota Ward with a seismic isolation system. This resulted in the temple seeing very little damage in the March 2011 quake.

Quake experience vehicle

Starts CAM is trying to raise awareness of the importance of seismic isolation and, to that end, it has been allowing people to experience a quake, both with and without seismic isolation, in a specially designed vehicle since 2006.

“We want as many people as possible to get on a quake experience vehicle and have firsthand experience of the severity of earthquakes and the safety of seismic isolation systems,” Chisaka said.

With the vehicle, people can experience eight different levels of shaking, including the levels of the Great East Japan Earthquake, the 1995 Great Hanshin Earthquake, the 2004 Niigata-Chuetsu Earthquake, the 1923 Great Kanto Earthquake and the 2008 Sichuan Earthquake.

People can also experience the difference in shaking with and without a seismic isolation system.

The vehicles are sent out about 20 times a month to various events such as university architecture classes, corporate disaster drills and conferences on disaster risk reduction. About 12,000 to 13,000 people experience quakes in Starts CAM’s vehicles each year.

Starts CAM tries to raise awareness of seismic isolation systems among not only residents of buildings with the systems, but also with the construction industry, people in charge of disaster risk reduction at companies and governmental organizations and others.

Further measures

Even if seismic isolation systems keeps buildings intact, suspension of lifelines such as water, gas and electricity will make it difficult to live day to day. Condominiums jointly developed by Starts CAM and energy supplier Iwatani Corp. focus on life continuity after disaster.

The condominiums are equipped with seismic isolation systems, as well as emergency wells in the event of municipal water supply disruptions. They also have propane gas tanks to use for kitchen, meaning gas supplies will not be suspended in the event of a disaster. Also, the gas can be used for power generation via a “counter-disaster energy system.” The condominiums are equipped to allow for the required minimum standard of living in the event of disasters.

“Starts CAM has a strong commitment to contribute to society through designing seismic isolation buildings and activities to promote such buildings, as well as to create buildings and communities with new disaster-risk-reduction technologies, including seismic isolation, by making full use of its technology, network and ideas,” Nakanishi said.

Overseas network

Starts CAM is part of the Starts Group conglomerate, which engages in everything from real estate, hotel operation and nursing services to financial services. It has 34 branches and subsidiaries in 22 countries. Its overseas operations are mainly real estate services for Japanese companies that are expanding offshore. It also operates hotels and golf resorts outside Japan.

It also plans to open a rental factory in the Philippines and build and operate hotels and serviced apartments in Phnom Penh, Cambodia.

Download the PDF of this 5-year memorial of Great East Japan Earthquake

免震構造で地震による被害を軽減する

免震構造は免震装置を建物の一部に組み込んで建物と地盤を絶縁し、地震の揺れが直接建物に伝わらないようにする工法であり、建物を地震の揺れに強くするのに役立つ画期的な技術だ。ゴム、鉛などの部材を地震の振動を吸収する緩衝材として建物と地面の間に設置し、揺れを減らすことができる。

2011年3月に発生した東日本大震災の際、仙台にあるスターツCAMの8階建て免震マンションは地震による被害を最小限に留めることができた。

住人によると、食器棚にあるワイングラス一つでさえも壊れなかったそうだ。同社の免震システムを施した建物は地震が起きてもほとんど被害を受けず持ちこたえられるということが、この震災で証明されたのだ。

「このマンションのオーナーは一級建築士で、免震構造のメリットをしっかりと熟知していたので、災害に備えて導入したそうです。昔から宮城県では30年に一度は大きな地震が起きているんです」と同社建設統括本部設計部統括部長である千坂真吾取締役は語る。

震災以降、ビルやマンションのオーナーは地震時の建物の安全性についてますます関心を強めており、免震建物の数は着実に増加している。

同社では、この2月までに免震建物の受注サービスを開始して以来16年で351件の受注を達成した。2005年度以来毎年20-40件の受注があったが、震災が起きた2011年は例外的に49件の受注があったそうだ。

免震技術に唯一難点があるとすれば、コストが高いということである。ゆえに学校、病院や役所など多くの人が利用する公共の建物に使われることが多い。

しかし、同社は一般住宅でも免震技術を導入できるようにコストダウンを目指しており、その一例として同社独自に開発したのが高床免震である。1階の床面を通常より上げる高床式の構造で掘削や基礎工事を減らし、コストを削減することができるのだ。安全性の観点からも普及を目指している。

同社は建物の設計から施工、管理まで全て一括で担っているので、震災後に免震による効果を詳細に調査することが可能であった。

東京の江戸川区で互いに350メートルほどの距離に位置する2つのマンションには地震計が備えてある。5階建ての免震マンションと、もう一方は免震でない8階建てのマンションである。

スターツCAMのデータによると、2011年3月11日、免震マンションは、免震でないマンションより揺れが小さかった。(左図参照)。

スターツCAMで免震設計を統括する中西力氏は、「このデータによって建物に免震工法を施した際に想定していた揺れ軽減効果と一致するかを確認することができるので、災害時に自社で調査して得られるデータは非常に価値が高い。」と語っている。

同社ではまた既存の建物を損なわない形で免震工事を行う「免震レトロフィット」の事業も展開している。東日本大震災が起きる直前に同技術を導入して免震化した東京大田区の寺院、本妙院は震災時、建物の被害はほぼなかったという。

起震車

スターツCAMは免震の重要性を広く世に発信していくために、2006年以来起震車を設計して、免震の場合とそうでない場合のときに感じる地震の揺れの違いを人々に体験してもらっている。

千坂取締役は「私たちはできるだけ多くの人々に起震車に乗ってもらい、地震の怖さと免震の安全性を知ってもらいたい」と強調する。

この起震車によって2011年の東日本大震災、1995年の阪神淡路大震災、?2004年の新潟県中越地震、1923年の関東大震災、そして2008年の四川大地震のそれぞれの震度に加えて、8段階の揺れと、免震装置がある場合とない場合の違いも体験できる。

起震車は大学の建築学科の授業、企業の防災訓練、防災関連会議など様々な行事に、1カ月に20回は出動している。年間12,000人から13,000人がスターツCAMの起震車で地震の際の揺れを体験していることになる。

建物の入居者だけでなく、建築関係者や企業・官公庁の防災担当者まで、多種多様な人々に向けて免震の効果を発信しているのだ。

災害リスクの更なる低減

免震構造で建物が無傷でも水道やガス、電気といったライフラインが途切れてしまえば、普段と同じ生活を送ることは難しい。スターツCAMがエネルギー事業会社岩谷産業株式会社と共同開発した防災マンションは、災害時の生活の継続性を重視している。

このマンションには免震工法を施し、災害時、水道が途絶したときに備える井戸も施してある。またキッチンには、敷地内に貯蔵してあるプロパンガスを利用しているので、地震のときもすぐに途切れてしまう心配がない。更にこのガスは、災害対応型エネルギーシステムにより、発電にも転用することができる。災害時でも最低限生活が送れる機能が施してあるのだ。

「使命感、信念を持った免震建物の設計・普及活動を通じて社会に貢献するとともに、技術力とネットワークとアイデアを駆使し、新しい免震技術や防災技術を利用した建物及び街を生み出していきたい」と中西氏は語った。

海外ネットワーク

スターツCAMはスターツグループの事業会社の一つであり、同グループは不動産事業からホテル経営、介護、金融サービスまで広く事業を手掛けている。22カ国、34拠点のネットワークを抱えている。海外での事業は主に海外進出する日本企業向けの不動産サービスであるが、ホテル、ゴルフ場の経営も行っている。

現在同グループでは、フィリピンでレンタル工場のサービス展開を計画しており、カンボジアのプノンペンではホテル、サービス付きアパートの建設、経営を目下計画中である。